JP3975341B2 - ロボットの干渉チェック方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のロボット間の干渉をチェックする方法、特に、好適に干渉をチェックするロボットの干渉チェック方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
少なくとも2台以上のロボットが同時に作業することを想定し、これらロボットの衝突を防ぐために、ロボット同士の干渉をチェックする方法がいくつか開示されている。例えば、特開昭60−217410号公報に開示の「協調作業教示におけるロボット干渉検出方式」では、ロボットの各部を円筒と半球の近似立体で覆い、これら近似立体間の干渉をチェックすることでロボット同士の干渉を検出している。そして、ロボットの干渉チェックはロボット各部に設定した近似立体間の距離を演算し、それと近似立体のサイズとの比較により干渉の有無を判定することで行われている。
【0003】
図12に従来のロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図を示す。図12において、91は近似立体間距離演算手段で、ある時刻tでの第1の近似立体位置(t)904と第2の近似立体位置(t)905とを入力し、それら近似立体間の距離を演算し、近似立体間の距離(t)906として出力する。第1の近似立体位置(t)904または第2の近似立体位置(t)905は、例えば近似立体が半球であれば半球の中心位置、円筒であれば円筒の両端点位置である。また、第1の近似立体位置(t)904が一方のロボットに対するもの、第2の近似立体位置(t)905が他方のロボットに対するものと想定している。
【0004】
92は干渉判定手段で、近似立体間の距離(t)906と予め近似立体サイズファイル93に設定されている近似立体サイズ93とを入力し、それらを比較し、干渉の有無信号810を出力する。例えば、近似立体が2つの球であれば、近似立体間の距離(t)906である球間の距離LSSと、近似立体サイズ93である一方の球半径RSAと他方の球半径RSBとから式(1)の判定を行い
LSS≦RSA+RSB・・・・・・(1)
式(1)を満たす場合干渉有り、満たさない場合干渉無しとする。ところで、図12を用いて説明した従来のロボットの干渉チェック方法は、ロボットの制御周期ΔT毎に演算が行われる。つまり、ある時刻tで干渉チェックの演算を行った後、時刻t+ΔTの時、次の干渉チェックの演算を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のロボットの干渉チェック方法では、衝突を回避できないケースが存在する。図13は近似立体が干渉するケースを表す図を示している。図13において、(a)は球と球の干渉のケース、(b)は円筒と球の干渉のケース、(c)は円筒と円筒の干渉のケースである。尚、従来の技術では円筒と半球を扱ったが、理解をし易くするためここでは半球を球として扱う。球と球の干渉ケース(a)では、第1の球4が固定で、第2の球5(図で左)が制御周期ΔTの間に矢印の方向に球5(図で右)まで移動するとする。この時、時刻tの時に第1の球4と第2の球5は干渉していない。また、次の時刻t+ΔTの時に第1の球4と第2の球5は干渉していない。ところが、制御周期ΔTの間、第2の球5の移動に伴い、第2の球5は、第1の球4と干渉してしまう。
【0006】
円筒と球の干渉ケース(b)では、第1の円筒6が固定で、第2の球5が制御周期ΔTの間に矢印の方向に移動するとする。この時、時刻tの時に第1の円筒6と第2の球5は干渉していない。また、次の時刻t+ΔTの時に第1の円筒6と第2の球5は干渉していない。ところが、制御周期ΔTの間、第2の球5の移動に伴い、第2の球5は、第1の円筒6と干渉してしまう。
【0007】
円筒と円筒の干渉ケース(c)では、第1の円筒6が固定で、第2の円筒7が制御周期ΔTの間に矢印の方向に移動するとする。この時、時刻tの時に第1の円筒6と第2の円筒7は干渉していない。また、次の時刻t+ΔTの時に第1の円筒6と第2の円筒7は干渉していない。ところが、制御周期ΔTの間、第2の円筒7の移動に伴い、第2の円筒7は、第1の円筒6と干渉してしまう。これらの現象は、ロボットの動作速度が極めて高速で、ロボットに設定された近似立体の、制御周期ΔTの間に移動する距離が大きくなる場合に、制御周期ΔTの間、図12に示すような干渉チェックの演算が行えないことに起因する。近似立体が干渉してしまうと、近似立体が設定されたロボットが衝突してしまう危険性が高い。そのため、従来の技術では、ロボットが衝突し、ロボットや工具を破壊する危険性が生じるという問題があった。また、ロボットや工具の破壊による飛散物のため、人に対する安全性が低下するという問題があった。
【0008】
そこで、本発明の第1の実施形態では、ロボットや工具の干渉を避けることによりそれらを衝突させないようにし、結果としてロボットや工具の破壊の危険性をなくし、人に対する安全性を高めたロボットの干渉チェック方法を提供することを第1の目的とする。
【0009】
また、本発明の第2の実施形態では、本発明の第1の実施形態では防ぎにくかった課題をさらに解決することにある。例えば、第1の実施形態における干渉予測手段内の、距離推定手段で演算する時刻t+ΔTでの第1の近似立体位置または第2の近似立体位置はあくまで推定値であること、距離近似手段で演算する近似曲線は、あくまで近似値であることから、必ずしも完全に実際の状況を反映しているとは限らないので、これら推定値や近似値が要因となって、近似立体が干渉してしまう場合があったり、また、2台以上のロボットの制御周期の同期が取れず、または、同期がずれた場合、一方のロボットの位置と他方のロボットの位置の双方の払い出しのタイミングがずれ、近似立体が干渉してしまう場合もあった。近似立体が干渉してしまうと、近似立体が設定されたロボットが衝突してしまう危険性が高い。そのため、第1実施形態では、ロボットが衝突してロボットや工具を損傷する怖れが若干あった。
そこで、本発明の第2の実施形態では、第1実施形態のロボットの干渉チェック方法の機能を向上させ、ロボットや工具の干渉を確実に避けることにより、それらを衝突させない、結果として、ロボットや工具の破壊の危険性をなくした、人に対する安全性を高めたロボットの干渉チェック方法を提供することを第2の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法は、複数のロボットの各部の形状を覆って近似する近似立体を予め設定し、動作中の前記複数のロボットにおける一方の前記ロボットに設定した前記近似立体と、他方の前記ロボットに設定した前記近似立体との距離を所定の制御周期ごとに演算する近似立体間距離演算手段と、前記近似立体のサイズと前記近似立体間距離演算手段で演算された距離とを比較する干渉判定手段と、を有して成るロボットの干渉をチェックする方法において、前記近似立体間距離演算手段で演算された距離のうち少なくとも現在から制御周期1回分遡った時刻(以降、直前の時刻)での距離を記憶する距離記憶手段と、前記制御周期ごとに取得される前記近似立体の位置のうち少なくとも直前の時刻での位置を記憶する位置記憶手段と、干渉予測手段とを有し、前記干渉予測手段は、直前の時刻での前記近似立体の位置と現在の時刻での位置との差分を現在の時刻での位置に加えることで、現在から制御周期1回分経った時刻(以降、次の時刻)での前記近似立体の位置を推定し、次の時刻での前記近似立体間の距離を演算する距離推定手段と、前記距離記憶手段に記憶されている直前の時刻での前記近似立体間の距離と現在の時刻での距離と前記距離推定手段で演算された次の時刻での距離とから、前記近似立体間の距離の時間変化を表す2次以上の近似曲線を演算する距離近似手段と、現在の時刻から次の時刻までの間における前記近似曲線の最小値を求める最小値取得手段と、前記近似曲線の最小値と前記近似立体のサイズとを比較することにより干渉を判定する干渉推定手段と、から構成されることを特徴とする。
【0011】
請求項1記載のロボットの干渉チェック方法によれば、次の時刻での近似立体の位置を推定し、次の時刻までの干渉の有無が予測できる干渉予測手段を設けているので、従来の干渉チェック方法に合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0012】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法において、前記干渉予測手段の前段に干渉予測判定手段を設け、前記干渉予測判定手段は、前記近似立体のサイズより大きく設定された距離閾値と前記近似立体間距離演算手段が演算した現在の時刻での前記近似立体間の距離とを比較し、前記干渉予測手段は、前記距離が前記距離閾値以下の場合のみ演算を行うことを特徴とする。
請求項2記載のロボットの干渉チェック方法によれば、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法と同様、干渉予測手段を設けているので、従来の干渉チェック方法に合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。また、干渉予測判定手段を設けて、近似立体サイズより大きめの距離閾値に基づいて干渉予測手段の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。
【0013】
また、本発明の請求項3記載の発明は、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法において、前記干渉予測手段への入力として前記近似立体のサイズより大きい近似立体拡張サイズを予め設定し、前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする。
請求項3記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体拡張サイズを利用して干渉の有無を判定する干渉予測手段を設けて、近似立体サイズより大きめの近似立体拡張サイズに基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0014】
また、本発明の請求項4記載の発明は、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法において、前記近似立体のサイズを拡張して前記干渉予測手段への入力とする近似立体サイズ調整手段を設け、前記近似立体サイズ調整手段は、現在の時刻での前記近似立体間の距離が所定の判定値より小さい場合には前記距離が小さくなるに従って前記近似立体のサイズを拡張した近似立体拡張サイズを出力し、
前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする。
請求項4記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体間の距離に応じて近似立体拡張サイズを決定する近似立体サイズ調整手段を設けて、近似立体が接近するに従って近似立体拡張サイズを大きくするようにするので、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0015】
また、本発明の請求項5記載の発明は、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法において、前記位置記憶手段に記憶されている直前の時刻での前記近似立体の位置と現在の時刻での位置とから前記近似立体の速度を演算する速度演算手段と、前記近似立体のサイズを拡張して前記干渉予測手段への入力とする近似立体サイズ調整手段を設け、前記近似立体サイズ調整手段は、前記近似立体の速度が所定の判定値より大きい場合には前記速度が大きくなるに従って前記近似立体のサイズを拡張した近似立体拡張サイズを出力し、前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする。
請求項5記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体の速度に応じて近似立体拡張サイズを決定する近似立体サイズ調整手段を設けて、近似立体が高速で接近するに従って近似立体拡張サイズを大きくするようにするので、従来の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0016】
また、本発明の請求項6記載の発明は、請求項3〜5のいずれか1項記載のロボットの干渉チェック方法において、前記干渉予測手段の前段に干渉予測判定手段を設け、前記干渉予測判定手段は、前記近似立体拡張サイズより大きく設定された距離閾値と前記近似立体間距離演算手段が演算した現在の時刻での前記近似立体間の距離とを比較し、前記干渉予測手段は、前記距離が前記距離閾値以下の場合のみ演算を行うことを特徴とする。
請求項6記載のロボットの干渉チェック方法によれば、請求項3〜5のいずれか1項記載のロボットの干渉チェック方法と同様、干渉予測手段を設けて、近似立体サイズより大きめの近似立体拡張サイズに基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、従来の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。また、干渉予測判定手段を設けて、近似立体拡張サイズより大きめの距離閾値に基づいて干渉予測手段の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。
【0017】
以上、全ての請求項記載のロボットの干渉チェック方法によれば、ロボットや工具の衝突を防止することができるので、ロボットや工具の破壊の危険性をなくし、それに伴う人に対する安全性を向上させることができるという効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態のロボットの干渉チェック方法について、図1〜図3を用いて説明する。本実施の形態は、請求項1記載の内容に相当する。図1は本発明の第1の実施の形態に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、図12で説明した構成要素のうち同一の構成要素については同一の符号を付して説明を割愛する。図1において、11は位置記憶手段で、制御周期ΔT分、1つ前の時刻t−ΔTでの第1の近似立体位置(t−ΔT)104と第2の近似立体位置(t−ΔT)105とを記憶している。12は距離記憶手段で、制御周期ΔT分、1つ前の時刻t−ΔTでの近似立体間の距離(t−ΔT)106を記憶している。13は干渉予測手段で、近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間の距離(t)906と、第1の近似立体位置(t−ΔT)104と、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、第1の近似立体位置(t)904と、第2の近似立体位置(t)905と、近似立体サイズ93とを入力し、制御周期ΔTの間の干渉の有無を予測し、干渉の有無信号810を出力する。
【0019】
干渉予測手段13の具体的内容を、図2および図3を用いて説明する。図2は本発明の干渉予測手段の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図2において、51は距離推定手段で、第1の近似立体位置(t−ΔT)104と、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、第1の近似立体位置(t)904と、第2の近似立体位置(t)905とを入力し、時刻t+ΔTでの近似立体間の距離を推定し、近似立体間の距離(t+ΔT)505として出力する。52は距離近似手段で、近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間の距離(t)906と、近似立体間の距離(t+ΔT)505とを入力し、距離と時間との関係から近似曲線を作成し、近似曲線506として出力する。53は最小値取得手段で、近似曲線506を入力し、近似曲線506の最小値を求め、距離最小値507として出力する。
【0020】
54は干渉推定手段で、距離最小値507と、近似立体サイズ93とを入力し、それらを比較し、干渉の有無信号810を出力する。例えば、近似立体が2つの球であれば、距離最小値507をLSSMINとし、近似立体サイズ93である一方の球半径RSAと他方の球半径RSBとから式(2)の判定を行い、
LSSMIN≦RSA+RSB・・・・・(2)
式(2)を満たす場合干渉有り、満たさない場合干渉無しとする。次に、これらの距離推定手段51、距離近似手段52、最小値取得手段53、干渉推定手段54の各機能を、図3を用いて詳しく説明する。
【0021】
図3は、本発明の干渉予測手段の機能を説明する図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。ここでは、図13(a)に示した球と球の干渉ケースを扱う。図3(a)において、図13(a)と同様、第1の球4は固定で、第2の球5が移動するとする。従って、第1の近似立体位置(t−ΔT)104と、第1の近似立体位置(t)904と、第1の近似立体位置(t+ΔT)701は、全て同じ位置となる。図3(a)に示すように、今、時刻t−ΔTから時刻tへの経過に伴い、第1の球4と第2の球5とが接近してきている場合を考える。
【0022】
距離推定手段51(図2)は、まず、時刻t−ΔTの第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、時刻tの第2の近似立体位置(t)905とから、時刻t+ΔTの第2の近似立体位置(t+ΔT)702を推定する。この推定は、例えば、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と第2の近似立体位置(t)905を直線で結び、その延長線上、同じ移動量の位置とするような方法を用いれば良い。一般に、制御周期ΔT間で移動する距離は、全体の移動距離と比較して微小であるため、第2の近似立体位置(t+ΔT)702は、直線上にあると見なして問題ない。また、距離推定手段51は、次に、推定された第2の近似立体位置(t+ΔT)702と、第1の近似立体位置(t+ΔT)701との距離を演算し、近似立体間の距離(t+ΔT)505として出力する。
【0023】
距離近似手段52(図2)は、まず、図3(b)のような距離−時間グラフを作成する。図3(b)の距離−時間グラフは、近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間の距離(t)906と、近似立体間の距離(t+ΔT)505を時刻に応じてプロットしたものである。距離近似手段52は、次に、これらプロットしたデータを2次以上の多項式で近似し、近似曲線506として出力する。図3(b)の距離−時間グラフでは、2次の多項式で近似している。近似には、例えば、最小自乗法を用いれば良い。
【0024】
最小値取得手段53(図2)は、近似曲線506(具体的には近似曲線の係数)を入力し、近似曲線506の最小値を求め、距離最小値507として出力する。
【0025】
干渉推定手段54(図2)は、距離最小値507と近似立体サイズ93とを入力し、例えば式(2)を用いて干渉の有無信号810を判定し、出力する。図3(b)の距離−時間グラフでは、式(2)を満たす場合、すなわち、干渉有りの場合を示している。以上説明したように、本発明の第1の実施の形態(請求項1記載の例)は、時刻t+ΔTでの近似立体位置(t+ΔT)701及び702を推定し、時刻tから時刻t+ΔTまでの干渉の有無信号810が予測できる干渉予測手段13を設けているので、従来の干渉判定手段92による干渉チェックに合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0026】
尚、本実施の形態は、球と球の干渉ケース図3(a)についてのみ説明したが、図13で示したように球と球の干渉ケース(図13(a))以外にも、円筒と球の干渉ケース(図13(b))や円筒と円筒の干渉ケース(図13(c))についても、球と球の干渉ケース図3(a)と同様な方法を適用すればロボットの干渉チェックが実行できる。
【0027】
また、本実施の形態は、第2の近似立体位置(t+ΔT)702を、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と第2の近似立体位置(t)905とを結ぶ直線上にあるとしたが、本発明はこれに限るものではなく、予め決められた次数を持つ曲線上にあるとしても良い。また、本実施の形態は、近似立体位置を時刻t−ΔT、時刻t、時刻t+ΔTに対応する3点のみを対象としたが、本発明はこれに限るものではなく、4点以上を対象として、干渉の予測性能を向上させても良い。
【0028】
また、本実施の形態は、距離近似手段52(図2)での近似曲線506を2次の多項式としたが、本発明これに限るものではなく、3次以上の多項式として、近似性能を向上させても良い。また、本実施の形態は、一方の近似立体(第1の球4)の位置を固定していたが、本発明はこれに限るものではなく、2つの近似立体が移動していても同様な方法でロボットの干渉チェックが実行できる。
【0029】
本発明の第1の実施の形態の変形例としてのロボットの干渉チェック方法について、図4を用いて説明する。本変形例は請求項2記載の内容に相当するもので、図4は本変形例に係るロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図4において、21は干渉予測判定手段、22は距離閾値ファイルである。図1を用いて説明した第1の実施の形態との違いは、新たに干渉予測判定手段21と距離閾値ファイル22とが加わっている点である。距離閾値ファイルの距離閾値22は、近似立体サイズ93より大きめの値を設定しておく。干渉予測判定手段21は、時刻tでの近似立体間の距離(t)906と、予め設定されている距離閾値22とを入力し、それらを比較し、干渉予測手段13の演算の実行を決定する。例えば、近似立体が2つの球であれば、近似立体間の距離(t)906である球間の距離LSSと、距離閾値22のLth(>RSA+RSB)とから式(3)の判定を行い、
LSS≦Lth・・・・・(3)
式(3)を満たす場合、干渉予測手段13の演算を実行し、満たさない場合、干渉予測手段13の演算を実行しない。
【0030】
演算を実行する場合には、近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間の距離(t)906と、第1の近似立体位置(t−ΔT)104と、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、第1の近似立体位置(t)904と、第2の近似立体位置(t)905と、近似立体サイズ93とを干渉予測手段13に出力する。干渉予測手段13の機能は、図1及び図2を用いて説明したものと全く同様である。以上説明したように、本発明の第1の実施形態の変形例(請求項2記載の例)は、第1の実施の形態と同様、干渉予測手段13を設けているので、従来の干渉判定手段92による干渉チェックに合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。また、干渉予測判定手段21を設けて、近似立体サイズ93より大きめの距離閾値22に基づいて干渉予測手段13の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段13の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。
【0031】
次に、本発明の第2の実施の形態のロボットの干渉チェック方法について、図5および図6を用いて説明する。本実施の形態は、請求項3記載の内容に相当する。図5は、本発明の第2の実施の形態に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図5において、14は干渉予測手段、94は近似立体拡張サイズファイルである。図1を用いて説明した第1の実施形態の干渉チェック方法との違いは、第1の実施形態の干渉予測手段13が第2の実施形態の干渉予測手段14に替わっている点、近似立体拡張サイズファイル94が加わっている点である。近似立体拡張サイズ94の値は、近似立体サイズ93より大きめの値を予め設定しておく。干渉予測手段14は、距離記憶手段12からの近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間距離演算手段91からの近似立体間の距離(t)906と、位置記憶手段11からの第1の近似立体位置(t−ΔT)104と第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、第1の近似立体位置(t)904と、第2の近似立体位置(t)905と、近似立体拡張サイズ94とを入力し、制御周期ΔTの間の干渉の有無を予測し、干渉の有無信号810を出力する。
【0032】
干渉予測手段14の具体的内容を、図6を用いて説明する。図6は本発明の干渉予測手段の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図6において54'は干渉推定手段である。図2を用いて説明した第1の実施形態の干渉予測手段13とこの干渉予測手段14との違いは、第1の実施形態の干渉推定手段54が本発明の干渉推定手段54'に、そしてその入力となる近似立体サイズ93(第1実施形態)がここでは近似立体拡張サイズ94に、それぞれ替わっている点である。干渉推定手段54'は、距離最小値507と近似立体拡張サイズ94とを入力し、それらを比較し、干渉の有無信号810を出力する。例えば、近似立体が2つの球であれば、距離最小値507をLSSMINとし、近似立体拡張サイズ94である一方の球半径RSA'(>RSA)と他方の球半径RSB'(>RSB)とから式(4)の判定を行い、
LSSMIN≦RSA'+RSB' ・・・・・(4)
式(4)を満たす場合干渉有り、満たさない場合干渉無しとする。以上説明したように、本発明の第2の実施の形態(請求項3記載の例)は、近似立体拡張サイズ94を利用して干渉の有無を出力する干渉推定手段54'を含む干渉予測手段14を設けて、近似立体サイズ93より大きめの近似立体拡張サイズ94に基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、第1の実施形態の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0033】
さらに、本発明の第2の実施の形態の変形例としてのロボットの干渉チェック方法について、図7および図8を用いて説明する。本変形例は、請求項4記載の内容に相当するもので、図7は本変形例に係るロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図7において、71は第1の近似立体サイズ調整手段である。図5を用いて説明した第2の実施の形態との違いは、干渉予測手段14に加わる入力の1つが、近似立体拡張サイズ94から近似立体サイズ調整手段71の出力に替わっている点である。第1の近似立体サイズ調整手段71は、近似立体サイズ93と近似立体間の距離(t)906を入力し、近似立体間の距離(t)906に応じて近似立体のサイズを決定し、近似立体拡張サイズ94'として出力する。
【0034】
第1の近似立体サイズ調整手段71の具体的内容を、図8を用いて説明する。図8は、本発明の第1の近似立体サイズ調整手段の機能を説明する図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図8において、601は距離判定値、602は距離の近似立体拡張直線である。近似立体間の距離(t)906が距離判定値601より小さくなった場合、距離の近似立体拡張直線602に従い、近似立体拡張サイズ94'を大きくする。これにより、近似立体間の距離(t)906が小さくなるに従って、近似立体拡張サイズ94'(近似立体サイズ93より大きい)が大きくなって行く。
以上説明したように、本発明の第2の実施形態の変形例(請求項4記載の例)は、近似立体間の距離(t)906に応じて近似立体拡張サイズ94'を決定する第1の近似立体サイズ調整手段71を設けて、近似立体が接近するに従って近似立体拡張サイズ94'を大きくするようにするので、第1の実施形態の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
尚、本第1の変形例は、近似立体拡張サイズ94'を決定する方法として、距離の近似立体拡張直線602を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、曲線を用いて近似立体拡張サイズ94'を決定するようにしても良い。
【0035】
本発明の第2の実施の形態の第2の変形例としてのロボットの干渉チェック方法について、図9および図10を用いて説明する。本実施形態の第2の変形例は請求項5記載の内容に相当するもので、図9は本第2の変形例に係るロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図9において、31は速度演算手段、71'は第2の近似立体サイズ調整手段である。本第2の変形例と第2の実施の形態(図5)との違いは、干渉予測手段14に加わる入力の1つが、近似立体拡張サイズ94から第2の近似立体サイズ調整手段71'の出力に替わっている点、および速度演算手段31が加わっている点である。速度演算手段31は、位置記憶手段11からの時刻t−ΔTでの第1の近似立体位置(t−ΔT)104と第2の第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、時刻tでの第1の近似立体位置(t)904と第2の近似立体位置(t)905と、から制御周期ΔTを用いて、第1の近似立体速度(t)303と第2の近似立体速度(t)304を演算し、第2の近似立体サイズ調整手段71'へ出力する。
【0036】
第2の近似立体サイズ調整手段71'は、第1の近似立体速度(t)303、第2の近似立体速度(t)304を入力し、近似立体の速度(第1の近似立体速度(t)303または第2の近似立体速度(t)304)に応じて近似立体のサイズを決定し、近似立体拡張サイズ94"として出力する。
【0037】
第2の近似立体サイズ調整手段71'の具体的内容を、図10を用いて説明する。図10は、本発明の第2の近似立体サイズ調整手段の機能を説明する図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図10において、201は速度判定値、202は速度の近似立体拡張直線である。近似立体の速度(第1の近似立体速度(t)303または第2の近似立体速度(t)304)が速度判定値201より大きくなった場合、速度の近似立体拡張直線202に従い、近似立体拡張サイズ94"を大きくする。これにより、近似立体の速度(第1の近似立体速度(t)303または第2の近似立体速度(t)304)が大きくなるに従って、近似立体拡張サイズ94"(近似立体サイズ93より大きい)が大きくなって行く。以上説明したように、本発明の第2の実施の形態の第2変形例(請求項5記載の例)は、近似立体の速度(第1の近似立体速度(t)303または第2の近似立体速度(t)304)に応じて近似立体拡張サイズ94"を決定する第2の近似立体サイズ調整手段71'を設けて、近似立体が高速で接近するに従って近似立体拡張サイズ94"を大きくするようにするので、第1の実施形態の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。尚、本第2の変形例は、近似立体拡張サイズ94"を決定する方法として、速度の近似立体拡張直線202を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、曲線を用いて近似立体拡張サイズ94"を決定するようにしても良い。
【0038】
本発明の第2の実施の形態の第3の変形例としてのロボットの干渉チェック方法について、図11を用いて説明する。本第3の変形例は請求項6記載の内容に相当する。図11は本第3の変形例に係るロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。尚、前出の図を用いて説明した同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。図5を用いて説明した第2の実施の形態との違いは、干渉予測判定手段21と距離閾値ファイル22とが加わっている点である。
【0039】
距離閾値ファイル22の値は、近似立体拡張サイズ94より大きめの値を設定しておく。干渉予測判定手段21は、時刻tでの近似立体間の距離(t)906と、予め設定されている距離閾値22とを入力し、それらを比較し、干渉予測手段14の演算の実行を決定する。例えば、近似立体が2つの球であれば、近似立体間の距離(t)906である球間の距離LSSと、距離閾値22のLth(>RSA+RSB)とから式(3)の判定を行い、式(3)を満たす場合、干渉予測手段14の演算を実行し、満たさない場合、干渉予測手段14の演算を実行しない。演算を実行する場合には、近似立体間の距離(t−ΔT)106と、近似立体間の距離(t)906と、第1の近似立体位置(t−ΔT)104と、第2の近似立体位置(t−ΔT)105と、第1の近似立体位置(t)904と、第2の近似立体位置(t)905と、近似立体拡張サイズ94とを干渉予測手段14に出力する。以上説明したように、本第3の変形例(請求項6記載の例)は、第2の実施の形態と同様、干渉予測手段14を設けて、近似立体サイズ93より大きめの近似立体拡張サイズ94に基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、第2の実施形態の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
【0040】
また、干渉予測判定手段21を設けて、近似立体拡張サイズ94より大きめの距離閾値22に基づいて干渉予測手段14の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段14の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。尚、本実施の形態は、図5を用いて説明した第2の実施の形態の干渉予測手段14の前段に干渉予測判定手段21と距離閾値22とを設けるようにしたが、本発明はこれに限るものではなく、図7、図9を用いて説明した第2の実施の形態の第1、第2の変形例の干渉予測手段14の前段に干渉予測判定手段21と距離閾値22とを設けるようにしても良い。以上説明した全ての実施の形態は、ロボットや工具の衝突を防止することができるので、ロボットや工具の破壊の危険性をなくし、それに伴う人に対する安全性を向上させることができるという効果がある。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1記載のロボットの干渉チェック方法によれば、次の時刻での近似立体の位置を推定し、次の時刻までの干渉の有無が予測できる干渉予測手段を設けているので、従来の干渉チェック方法に合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。本発明の請求項2記載のロボットの干渉チェック方法によれば、請求項1記載のロボットの干渉チェック方法と同様、干渉予測手段を設けているので、従来の干渉チェック方法に合わせ、近似立体間の干渉が確実にチェックでき、ロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。また、干渉予測判定手段を設けて、近似立体サイズより大きめの距離閾値に基づいて干渉予測手段の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。
【0042】
また、本発明の請求項3記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体拡張サイズを利用して干渉の有無を判定する干渉予測手段を設けて、近似立体サイズより大きめの近似立体拡張サイズに基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
本発明の請求項4記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体間の距離に応じて近似立体拡張サイズを決定する近似立体サイズ調整手段を設けて、近似立体が接近するに従って近似立体拡張サイズを大きくするようにするので、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
本発明の請求項5記載のロボットの干渉チェック方法によれば、近似立体の速度に応じて近似立体拡張サイズを決定する近似立体サイズ調整手段を設けて、近似立体が高速で接近するに従って近似立体拡張サイズを大きくするようにするので、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。
本発明の請求項6記載のロボットの干渉チェック方法によれば、請求項3〜5のいずれか1項記載のロボットの干渉チェック方法と同様、干渉予測手段を設けて、近似立体サイズより大きめの近似立体拡張サイズに基づいて干渉チェックを行うので、干渉を判定する距離が長くなり、請求項1記載の干渉の可能性を低減させ、より確実にロボットや工具の衝突を防止することができるという効果がある。また、干渉予測判定手段を設けて、近似立体サイズより大きめの距離閾値に基づいて干渉予測手段の演算の実行を決定することができるので、常時干渉予測手段の演算を実行する必要がなく、干渉チェックに要する演算が高速に行えるという効果がある。
本発明の全ての請求項に記載のロボットの干渉チェック方法によれば、ロボットや工具の衝突を防止することができるので、ロボットや工具の破壊の危険性をなくし、それに伴う人に対する安全性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に関わる干渉予測手段の構成を表すブロック図である。
【図3】本発明の干渉予測手段の機能を説明する図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の変形例に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に関わる干渉予測手段の構成を表すブロック図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態の変形例に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図8】本発明の第1の近似立体サイズ調整手段の機能を説明する図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態の第2の変形例に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図10】本発明の第2の近似立体サイズ調整手段の機能を説明する図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態の第3の変形例に関わるロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図12】従来のロボットの干渉チェック方法の構成を表すブロック図である。
【図13】近似立体が干渉するケースを表す図である。
【符号の説明】
4 第1の球
5 第2の球
6 第1の円筒
7 第2の円筒
11 位置記憶手段
12 距離記憶手段
13 干渉予測手段
14、14' 干渉予測手段
21 干渉予測判定手段
22 距離閾値ファイル(その値)
31 速度演算手段
51 距離推定手段
52 距離近似手段
53 最小値取得手段
54、54' 干渉推定手段
71 第1の近似立体サイズ調整手段
71'第2の近似立体サイズ調整手段
91 近似立体間距離演算手段
92 干渉判定手段
93 近似立体サイズファイル(その値)
94,94'、94" 近似立体拡張サイズファイル(その値)
104 第1の近似立体位置(t−ΔT)
105 第2の近似立体位置(t−ΔT)
106 近似立体間の距離(t−ΔT)
201 速度判定値
202 速度の近似立体拡張直線
303 第1の近似立体速度(t)
304 第2の近似立体速度(t)
505 近似立体間の距離(t+ΔT)
506 近似曲線
507 距離最小値
601 距離判定値
602 距離の近似立体拡張直線
701 第1の近似立体位置(t+ΔT)
702 第2の近似立体位置(t+ΔT)
810 干渉の有無信号
904 第1の近似立体位置(t)
905 第2の近似立体位置(t)
906 近似立体間の距離(t)
Claims (6)
- 複数のロボットの各部の形状を覆って近似する近似立体を予め設定し、
動作中の前記複数のロボットにおける一方の前記ロボットに設定した前記近似立体と、他方の前記ロボットに設定した前記近似立体との距離を所定の制御周期ごとに演算する近似立体間距離演算手段と、
前記近似立体のサイズと前記近似立体間距離演算手段で演算された距離とを比較する干渉判定手段と、を有して成るロボットの干渉をチェックする方法において、
前記近似立体間距離演算手段で演算された距離のうち少なくとも現在から制御周期1回分遡った時刻(以降、直前の時刻)での距離を記憶する距離記憶手段と、
前記制御周期ごとに取得される前記近似立体の位置のうち少なくとも直前の時刻での位置を記憶する位置記憶手段と、
干渉予測手段とを有し、
前記干渉予測手段は、直前の時刻での前記近似立体の位置と現在の時刻での位置との差分を現在の時刻での位置に加えることで、現在から制御周期1回分経った時刻(以降、次の時刻)での前記近似立体の位置を推定し、次の時刻での前記近似立体間の距離を演算する距離推定手段と、
前記距離記憶手段に記憶されている直前の時刻での前記近似立体間の距離と現在の時刻での距離と前記距離推定手段で演算された次の時刻での距離とから、前記近似立体間の距離の時間変化を表す2次以上の近似曲線を演算する距離近似手段と、
現在の時刻から次の時刻までの間における前記近似曲線の最小値を求める最小値取得手段と、
前記近似曲線の最小値と前記近似立体のサイズとを比較することにより干渉を判定する干渉推定手段と、から構成されることを特徴とするロボットの干渉チェック方法。 - 前記干渉予測手段の前段に干渉予測判定手段を設け、
前記干渉予測判定手段は、前記近似立体のサイズより大きく設定された距離閾値と前記近似立体間距離演算手段が演算した現在の時刻での前記近似立体間の距離とを比較し、
前記干渉予測手段は、前記距離が前記距離閾値以下の場合のみ演算を行うことを特徴とする請求項1記載のロボットの干渉チェック方法。 - 前記干渉予測手段への入力として前記近似立体のサイズより大きい近似立体拡張サイズを予め設定し、
前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする請求項1記載のロボットの干渉チェック方法。 - 前記近似立体のサイズを拡張して前記干渉予測手段への入力とする近似立体サイズ調整手段を設け、
前記近似立体サイズ調整手段は、現在の時刻での前記近似立体間の距離が所定の判定値より小さい場合には前記距離が小さくなるに従って前記近似立体のサイズを拡張した近似立体拡張サイズを出力し、
前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする請求項1記載のロボットの干渉チェック方法。 - 前記位置記憶手段に記憶されている直前の時刻での前記近似立体の位置と現在の時刻での位置とから前記近似立体の速度を演算する速度演算手段と、
前記近似立体のサイズを拡張して前記干渉予測手段への入力とする近似立体サイズ調整手段を設け、
前記近似立体サイズ調整手段は、前記近似立体の速度が所定の判定値より大きい場合には前記速度が大きくなるに従って前記近似立体のサイズを拡張した近似立体拡張サイズを出力し、
前記干渉推定手段は、前記近似立体のサイズに代えて前記近似曲線の最小値と前記近似立体拡張サイズとを比較することにより干渉を判定することを特徴とする請求項1記載のロボットの干渉チェック方法。 - 前記干渉予測手段の前段に干渉予測判定手段を設け、
前記干渉予測判定手段は、前記近似立体拡張サイズより大きく設定された距離閾値と前記近似立体間距離演算手段が演算した現在の時刻での前記近似立体間の距離とを比較し、
前記干渉予測手段は、前記距離が前記距離閾値以下の場合のみ演算を行うことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項記載のロボットの干渉チェック方法。
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